目录任务书 (2)摘要 (4)说明书正文 (5)一、设计题目及原始数据 (5)1.原始数据 (5)2.设计题目 (5)二、结构计算 (5)三、传热计算 (7)四、阻力计算 (8)五、强度计算 (9)1.冷却水水管 (9)2.制冷剂进出口管径 (9)3.管板 (10)4支座 (10)5.密封垫片 (10)6.螺钉 (10)6.1螺钉载荷 (10)6.2螺钉面积 (10)6.3螺钉的设计载荷 (10)7.端盖 (11)六、实习心得 (11)七、参考文献 (12)八、附图广东工业大学课程设计任务书题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班姓 名 xx 学 号xxxx一、课程设计的内容设计一台如题目名称所示的换热器。

给定原始参数：1. 换热器的换热量Q= 35 kw;2. 给定制冷剂 R22 ;3. 制冷剂温度 t k =40℃4. 冷却水的进出口温度 '0132t C ="0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。

2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。

(换热器的传热计算, 换热面积计算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。

3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。

4）说明书要求：文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。

格式要求：（1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。

三、课程设计应完成的工作1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份；2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。

[1] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计[M].南京：东南大学出版社，2003[2] 吴业正.小型制冷装置设计指导[M].北京：机械工业出版社,1999.[3] 吴业正. 制冷原理及设备（第2版）[M]. 西安：西安交通大学出版社,1998.[4] 余建祖.换热器原理与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.[5] 杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.[6] 沈维道等工程热力学（第三版）.[M]. 北京：高等教育出版社，2001.[7] 其它设计资料：包括各种换热器设计标准、制冷工程设计手册、制冷设备手册、制冷机工艺、空气调节等相关文献资料。

发出任务书日期：年 6 月27 日指导教师签名：计划完成日期：年 7 月 9日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：本次课程设计的任务是设计一个35kW 管壳式冷凝器,其给定的条件是: 换热器的换热量Q=35KW; 制冷剂R22; 制冷剂温度040k t C =,冷却水的进出口温度进口'0132t C = ； 出口"0136t C =。

本设计的主要内容包括四大方面，即热力计算,结构计算,阻力计算,强度校核等。

通过冷凝器型式选择、规划结构尺寸冷却水流量vs q 的计算、初步规划尺寸、 管程与有效长度的选择、管内冷却水与换热管内壁面的热流密度的计算、换热管平均管排数的计算、平均传热温差m t 的计算、部件的强度校核等一系列过程，得到的主要参数如下：换热面积2of 4.9m A =、有效总管长L=35.97m 、换热管总数NZ=9根×4程=36根、长径比i l/D =4.12、热流密度2o5090W/m q =、水泵功率e338 w p =等，并由此设计出一个平盖端头的管壳式冷凝器。

在选用零部件上都严格按照国家标准，包括GB150-1998、GB/T 5782、GB8163-87等，这些标准主要应用在强度计算方面，包括筒体、端盖、管板、支座、支撑板、 冷却水接口连接管、制冷剂连接管口径大小、垫片的选择及螺钉的载荷计算等。

该型管壳式冷凝器主要应用在小型的制冷场合。

一、设计题目及原始数据： 1、设计题目：35kW 管壳式冷凝器 2、原始数据：冷凝器的换热量：Q=35KW ； 给定制冷剂：R22 制冷剂温度：040k t C =冷却水进出口温度： 进口'0132t C = ； 出口"0136t C =二、结构计算管型选择。

按《小型制冷装置》表3-4选取3号滚轧低翅片紫铜管为传热管，有关参数为：i t tb f 10.4 mm ,15.1 mm ,0.4 mm ,12.4 mm ,1.2 mm d d d s δ=====。

单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积：2dt t fm/0.01510.0004/0.00120.0158m ad S ππδ==⨯⨯=每米管长翅侧面积：()()()22222ft b f m /20.001510.0124/20.00120.0972m ad d s ππ=-=⨯-⨯=每米管长翅间管面面积：()()()2b b f t f m /0.01240.00120.0004/0.00120.026ma d s s ππδ=-=⨯⨯-=每米管长管内侧面积：2i i m 0.0104=0.0327ma d ππ==⨯每米管长管外总面积：2ofd f b m0.01580.09720.0260.139maa a a =++=++=估算传热管总长。

假定按管外面积计算的热流密度2o5000W m q =，则应布置的传热面积及有效总管长分别为：2kofo250005m 5000Q Aq=== ； of of 5L 35.97m 0.139A a === 确定每程管数Z 、有效单管长l 及流程数N 。

取冷却水进口温度w132C t =︒，出口温度w236C t=︒，由水物性表可知，在平均温度34℃时水的密度3994.3kg /m ρ=，比定压热容p 4174J (kg k)c =⋅，则所需水量：()()3kvp w2w125000m 0.00151s994.341743632Q q C t t ρ===⨯⨯--取冷却水流速w=2.0 m/s ，则每流程管数： v22i 40.00151Z 8.89 0.0104 2.0d w4qππ⨯===⨯⨯根，取Z=9根 实际水流速度： v22i 40.00151w 1.98m /s 0.01049d Z4qππ⨯=⨯⨯=对流程数N 、总根数NZ 、有效单管长l 、壳体内径i D 及长径比i l/D 进行组合计算，组合计算如下表所示：表一、组合计算结果流程数N总根数NZ有效单管长l/m壳体内径i m D长径比il/D2 18 2.0 0.124 16.13 4361.00.2434.12分析组合计算结果，为便于加工制造，宜选用4流程方案。

传热管的布置排列及主体结构。

右图为传热管布置排列示意图，每程管数Z=9根，传热管按三角形排列，按《热交换器原理与设计》表2.3的要求，管板上相邻管孔中心距为22 mm ，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为35 mm 。

考虑到冷凝器可能需要一定的储液功能，故在排管上左右对称而上下不对称，下半部分只布置两排换热管。

按《热交换器原 图一、布管示意图理与设计》第47页的要求，最靠 近壳体的换热管与壳体内壁的距离取8 mm ，则所需最小壳体内径为243 mm ，根据无缝钢管规格（GB8163-87），选用外径为273 mm ，壁厚为8 mm ，内径为257 mm 的无缝钢管作为壳体材料。

三、热力计算传热计算及所需传热面积确定。

水侧表面传热系数计算：从水物性表及《小型制冷装置》表3-12可知，水在平均温度m34C t=︒时，运动粘度26m 0.746610s υ-=⨯，物性集合参数B=2178.2。

因为雷诺数4i6w 1.980.0104Re 27581>100.746610d υ-⨯===⨯，水在管内的流动状态为湍流，按《小型制冷装置》第78页（3-5）式计算水侧表面传热系数：0.80.820.20.2wi i w 1.98W B =2178.29376.12(m K)d 0.0104α=⨯=⋅制冷剂侧冷凝表面传热系数计算：根据管排布置，管排修正系数按《小型制冷装置》第77页（3-4）式计算：0.8330.8330.833n 41102430.8836ε⨯+⨯+⨯== 根据所选管型低翅片管传热增强系数按《小型制冷装置》第77页（3-2）式计算。

其中环翅当量高度为： 2222't b t(d d )(15.112.4h 3.86 mm 4415.1d ππ--===⨯）增强系数：1/41/4bdf b 'ofof d 0.0260.01580.097212.41.11.11.384h 0.1390.139 3.86a a a aa ϕ+⎛⎫+⎛⎫=+=+⨯⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭查《小型制冷装置》表3-11，R22在k 40C t =︒时，B=1447.1，按《小型制冷装置》第76页（3-1）式计算制冷剂侧冷凝表面传热系数：-0.250.250.250.252bkon k wo k wo W 0.725Bd ()0.7251447.10.01241.3840.88()3829.13(m K)t t t t ϕθαε---=-=⨯⨯⨯⨯⨯-=⋅ 对数平均温差计算：w2w1m kw1kw236325.77 C4032lnln 4036t t t t t tθ--===︒----取水侧污垢系数2i0.00009 (m k)r=⋅，将有关各值代入《小型制冷装置》第78页（3-6）及（3-7）式计算热流密度oq （单位为2W m ）：0.75oo3655.08qθ=oo o5.77-1182.5(5.77-)10.1390.0010.139(0.00009)9376.120.03273930.0358qθθ==⨯+⨯+⨯选取不同的oθ（单位为℃）进行试凑计算，结果见下表：表二、试凑计算结果oθ/℃第一式2ow m q -⋅（）第二式2ow m q -⋅（）1.45 5060 5106 1.46 5086 5095 1.475112 5083当oθ=1.46℃时，两式o q 误差已很小，取2o5090W/m q =计算实际所需传热面积：2kofo250004.9 m 5090QAq===四、阻力计算冷却水侧阻力计算。

按《小型制冷装置》第79页（3-8）式计算冷却水侧流动阻力，其中阻力系数为：0.250.250.31640.31640.0246Re 27581ξ=== 冷却水侧阻力：2ti 2P 0.5w N 1.5(N 1)1.00.070.5994.31.980.024641.5(41)0.010434349 Pa=0.034349Mpal d ρξ⎡⎤∆=++⎢⎥⎢⎥⎣⎦+⎡⎤=⨯⨯⨯⨯+⨯+⎢⎥⎣⎦=式中，t l 表示左、右两管板外侧端面间的距离，按照《制冷机工艺》第111页表6-5的要求。